“الصلب” ليس مادة واحدة، بل عائلة واسعة تتغير خصائصها كثيرًا بحسب نسبة الكربون وعناصر السبك والمعالجة الحرارية. فعمودان بالقطر نفسه، أحدهما من S235JR والآخر من 42CrMo4، يتحملان أحمالًا مختلفة تمامًا وتختلف تكلفة تشغيلهما. في هذه المقالة نلخّص الأسئلة التي تقود إلى الرتبة الصحيحة والمجموعات الست الأكثر استخدامًا.
أربعة أسئلة قبل الاختيار
- ما الحمل الذي تتعرض له القطعة؟ حمل ثابت، أم حمل متغير باستمرار (كلال)، أم صدمات مفاجئة؟
- هل يوجد بلى على السطح؟ أسطح التلامس مثل أسنان التروس والمسامير والكامات تحتاج إلى صلادة.
- كيف ستُصنَّع؟ اللحام أو التشغيل الآلي أو الطرق أو التشكيل على البارد؛ كل منها يلائم رتبًا مختلفة.
- هل ستخضع لمعالجة حرارية؟ التخطيط للكربنة أو المعالجة أو التقسية السطحية يحدد الرتبة مباشرة.
وعند إضافة التكلفة وسهولة التوريد إلى إجابات هذه الأسئلة الأربعة، تنحصر الخيارات عادةً في رتبة أو رتبتين.
مجموعات الرتب الست الرئيسية
1. الصلب الإنشائي
أنواع صلب غير سبائكي مثل S235JR وS275JR وS355J2 (المعروفة سابقًا بـ St37 وSt44 وSt52). تتميز بقابلية عالية للحام والتشكيل، وتُستخدم في الإنشاءات الفولاذية والهياكل والمنصات وأجسام الآلات. ولا يُقصد تقسيتها بالمعالجة الحرارية.
2. الصلب الكربوني
في أنواع مثل C35 وC45 وC60 (SAE 1035–1060) تحدد نسبة الكربون الخصائص الميكانيكية في الأساس. فكلما زاد الكربون زادت المتانة والصلادة وقلّت المطيلية وقابلية اللحام. ويُعد C45 أكثر أفراد هذه المجموعة شيوعًا: يُستخدم في الأعمدة والخوابير والتروس وقطع الآلات العامة، ويمكن تقسية سطحه بالحث أو باللهب.
3. صلب الكربنة
أنواع صلب منخفضة الكربون مثل 16MnCr5 و20MnCr5 و20NiCrMo2. يُغنى سطحها بالكربون ثم يُقسّى، فينتج سطح صلب مقاوم للبلى فوق قلب متين يمتص الصدمات. ومن تطبيقاتها المعتادة التروس والترس الصغير والمسامير وأعمدة الكامات.
4. صلب المعالجة
أنواع صلب متوسطة الكربون وسبائكية في الغالب مثل 42CrMo4 و34CrNiMo6 و41Cr4. تكتسب بالإخماد ثم المراجعة متانة وصلادة عاليتين على امتداد المقطع كله. وتُستخدم في المحاور وأعمدة المرفق والبراغي عالية المتانة والأعمدة عالية الحمل. وقد شرحنا الفرق بين الكربنة والمعالجة في مقالة مستقلة.
5. الصلب سهل التشغيل
أنواع صلب مضاف إليها الكبريت و/أو الرصاص مثل 11SMnPb30 و11SMn37 (SAE 12L14 و1215). ينكسر رايشها قصيرًا ويطول عمر العدة، ويمكن إنتاجها بكميات كبيرة وسرعة عالية على المخارط الأوتوماتيكية. وفي المقابل تكون قابلية لحامها وصلادتها منخفضة. التفاصيل في: ما الصلب سهل التشغيل؟
6. الصلب الميكروي السبائك
أنواع صلب تحتوي على الفاناديوم مثل 38MnSiVS5 و30MnSiVS6. تبلغ متانة عالية بالتبريد المضبوط بعد الطرق، من دون الحاجة إلى معالجة منفصلة. ولأنها تلغي خطوة من المعالجة الحرارية، فهي توفر في تكلفة القطع المطروقة بكميات كبيرة مثل أعمدة المرفق وأذرع التوصيل.
كيف تُقرأ أسماء الرتب؟
الأسماء ليست عشوائية؛ فهي غالبًا تلخّص المادة:
- S355J2 — S: صلب إنشائي، 355: الحد الأدنى لمقاومة الخضوع (MPa)، J2: طاقة صدم 27 J عند −20 °C.
- C45 — C: صلب كربوني غير سبائكي، 45: نحو 0.45% كربون. أما CK45 / C45E فهو نسخة الصلب الخاص بحدود أدق للكبريت والفوسفور.
- 42CrMo4 — 42: نحو 0.42% كربون، مع Cr وMo عنصري سبك؛ والرقم 4 يساوي أربعة أضعاف نسبة الكروم (نحو 1% Cr). رقم المادة 1.7225، ومكافئه الأمريكي SAE 4140.
- St52 — تسمية DIN القديمة؛ والرقم 52 هو الحد الأدنى لمقاومة الشد بوحدة kgf/mm². ويقابلها اليوم الصنف S355.
جدول ملخّص
| المجموعة | رتب على سبيل المثال | الخاصية الأبرز | قطعة نموذجية |
|---|---|---|---|
| إنشائي | S235JR، S355J2 | اللحام والتشكيل | الهياكل والإنشاءات |
| كربوني | C45، C60 | اقتصادي وقابل للتقسية السطحية | الأعمدة والخوابير والتروس |
| كربنة | 16MnCr5، 20MnCr5 | سطح صلب وقلب متين | التروس والمسامير |
| معالجة | 42CrMo4، 34CrNiMo6 | متانة على امتداد المقطع | المحاور وأعمدة المرفق والبراغي |
| سهل التشغيل | 11SMnPb30، 11SMn37 | قابلية التشغيل | عناصر الربط |
| ميكروي السبائك | 38MnSiVS5 | متانة دون معالجة حرارية | أعمدة مرفق وأذرع توصيل مطروقة |